[發(fā)明專利]一種基于關(guān)鍵性能指標(biāo)的柴油機(jī)氣缸分層故障診斷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811471865.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109710983B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊瑩;張瑀涵;李鶴;何志晨;劉瑞杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 北京萬(wàn)象新悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360
• 代理人: 黃鳳茹

本發(fā)明公布了一種基于關(guān)鍵性能指標(biāo)的柴油機(jī)氣缸分層故障診斷方法，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，建立反映氣缸健康狀態(tài)的關(guān)鍵性能指標(biāo)；構(gòu)建關(guān)鍵性能指標(biāo)預(yù)測(cè)器；通過(guò)分層診斷機(jī)制對(duì)柴油機(jī)氣缸組件進(jìn)行分層故障診斷；包括：建立氣缸關(guān)鍵性能指標(biāo)，包括設(shè)備層氣缸組件磨損綜合指標(biāo)和部件層各個(gè)氣缸的磨損指標(biāo)；對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，建立基于可測(cè)過(guò)程變量的關(guān)鍵性能指標(biāo)的預(yù)測(cè)器；將待診斷數(shù)據(jù)輸入預(yù)測(cè)器，進(jìn)行分層故障診斷。本發(fā)明通過(guò)分層診斷故障的機(jī)制提供了一種由上到下的診斷方法，提高了氣缸組件的故障診斷的效率，有效地解決了數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)過(guò)程特性對(duì)故障診斷的影響，提高故障診斷的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及船用柴油機(jī)氣缸組件故障診斷方法，具體涉及一種基于關(guān)鍵性能指標(biāo)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的分層遞進(jìn)故障診斷方法。

背景技術(shù)

氣缸組件是柴油機(jī)的重要組成部分,在柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)中承擔(dān)負(fù)荷最重且可靠性最差。據(jù)統(tǒng)計(jì),柴油機(jī)30％以上的故障都是氣缸磨損故障。船用柴油機(jī)氣缸組件故障診斷方法主要有熱力參數(shù)法、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速檢測(cè)法，油液分析法、振動(dòng)診斷法。熱力參數(shù)法是通過(guò)溫度、壓力等物理量判定氣缸的工作狀態(tài)；油液分析法對(duì)機(jī)械裝備潤(rùn)滑油的理化性能以及油中磨損和污染顆粒進(jìn)行定性和定量分析的技術(shù)；瞬時(shí)轉(zhuǎn)速檢測(cè)法是通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速瞬時(shí)值的測(cè)量，分析機(jī)械瞬態(tài)性能，為機(jī)械故障診斷提供依據(jù)；振動(dòng)診斷法需要采集機(jī)械振動(dòng)信號(hào)并應(yīng)用相關(guān)信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行分析得到診斷結(jié)果。但是，以上現(xiàn)有的技術(shù)方法大都需要工程師很豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，且耗費(fèi)大量精力，且診斷機(jī)制目標(biāo)不夠明確，流程上目標(biāo)性不強(qiáng)，實(shí)時(shí)性不高。

船用柴油機(jī)氣缸組件系統(tǒng)一般由多個(gè)氣缸組成，柴油機(jī)氣缸組件故障診斷的工程實(shí)踐中，可以采集到大量的測(cè)量變量的數(shù)據(jù)，現(xiàn)有技術(shù)依賴于工程經(jīng)驗(yàn)，而缺乏良好的數(shù)據(jù)分析手段，難以充分利用數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷，診斷效果不高，故障診斷實(shí)時(shí)性低。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于關(guān)鍵性能指標(biāo)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的柴油機(jī)氣缸組件分層故障診斷方法，通過(guò)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行故障實(shí)時(shí)診斷，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出氣缸磨損故障，并通過(guò)逐層診斷定位出是第幾個(gè)氣缸磨損故障，以及是氣缸的哪個(gè)部件異常導(dǎo)致磨損，提升故障診斷的精確性和實(shí)時(shí)性。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種基于關(guān)鍵性能指標(biāo)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的柴油機(jī)氣缸分層故障診斷方法，建立反映氣缸健康狀態(tài)的關(guān)鍵性能指標(biāo)和關(guān)鍵性能指標(biāo)預(yù)測(cè)器，通過(guò)分層診斷機(jī)制對(duì)柴油機(jī)氣缸組件進(jìn)行分層故障診斷；本發(fā)明方法是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障診斷方法，針對(duì)氣缸組件關(guān)鍵性能指標(biāo)的動(dòng)態(tài)過(guò)程特性，包括基于子空間辨識(shí)的故障檢測(cè)算法和基于重構(gòu)的故障隔離算法；主要包括如下步驟：

1)建立關(guān)鍵性能指標(biāo)，關(guān)鍵性能指標(biāo)反映柴油機(jī)氣缸組件系統(tǒng)的磨損程度；

氣缸磨損是船舶動(dòng)力系統(tǒng)常見(jiàn)的典型故障模式。對(duì)氣缸磨損程度的準(zhǔn)確評(píng)估是判斷氣缸健康狀態(tài)的關(guān)鍵。由于我們無(wú)法根據(jù)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)直接判斷氣缸健康狀態(tài)，因此需要構(gòu)造能反映氣缸健康狀態(tài)的指標(biāo)，并建立該指標(biāo)和相關(guān)測(cè)量量之間的映射關(guān)系。本發(fā)明根據(jù)分層故障診斷的需要，建立了一系列關(guān)鍵性能指標(biāo)，包括設(shè)備層氣缸組件磨損綜合指標(biāo)以及部件層各個(gè)氣缸的磨損指標(biāo)。

具體執(zhí)行如下兩步操作。

第一步，建立第i個(gè)氣缸磨損指標(biāo)。將第i個(gè)氣缸磨損指標(biāo)定義為kpi_i,具體是第i個(gè)氣缸部件層的測(cè)量變量向量，可由第i個(gè)氣缸的排氣溫度、平均指示壓力等變量組成。部件層的測(cè)量變量與底層變量存在相關(guān)映射關(guān)系，可以表示為kpi_i＝f_i(θ_i(t))，其中θ_i(t)表示t時(shí)刻第i個(gè)氣缸底層變量向量，由第i個(gè)氣缸的冷卻油進(jìn)口壓力、缸套冷卻水進(jìn)口壓力、冷卻油進(jìn)出溫度差、缸套冷卻水進(jìn)出溫度差和滑油金屬含量、轉(zhuǎn)速波動(dòng)指標(biāo)等組成。本發(fā)明具體通過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程的子空間辨識(shí)方法，對(duì)kpi_i與θ_i的歷史數(shù)據(jù)建模，計(jì)算得到f_i(·)。